НАСА разместит радиотелескоп на обратной стороне Луны

После нескольких лет разработки проект Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) получил 500 000 долларов для поддержки дополнительных работ, поскольку он входит в Фазу II программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Хотя это еще не миссия НАСА, LCRT описывает концепцию миссии, которая может изменить взгляд человечества на космос.

Основная цель LCRT состоит в том, чтобы измерить длинные радиоволны, генерируемые космическими темными веками – периодом, который длился несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, но до того, как появились первые звезды. Космологи мало знают об этом периоде, но ответы на некоторые из самых больших загадок науки могут быть заключены в длинноволновом радиоизлучении, генерируемом газом, который заполнил Вселенную в то время.

концептуальный радиотелескоп в лунном кратере на обратной стороне Луны
На этой иллюстрации изображен концептуальный радиотелескоп в лунном кратере на обратной стороне Луны.
Иллюстрация: Владимир Вустянский

«Хотя звезд не было, во времена Темных веков Вселенной было достаточно водорода, который в конечном итоге послужил сырьем для первых звезд, – сказал Джозеф Лацио, радиоастроном из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии и член команда LCRT. – С помощью достаточно большого радиотелескопа за пределами Земли мы могли бы отслеживать процессы, которые привели к образованию первых звезд, и, возможно, даже найти ключи к разгадке природы темной материи».

Земные преграды

Радиотелескопы на Земле не могут исследовать этот загадочный период, потому что длинноволновые радиоволны того времени отражаются слоем ионов и электронов в верхней части нашей атмосферы, в области, называемой ионосферой. Случайные радиоизлучения нашей шумной цивилизации также могут мешать радиоастрономии, заглушая самые слабые сигналы.

Но на обратной стороне Луны нет атмосферы, отражающей эти сигналы, а сама Луна блокирует радиопереговоры Земли. Обратная сторона Луны может быть главным объектом для беспрецедентных исследований ранней Вселенной.

«Радиотелескопы на Земле не могут видеть космические радиоволны на расстоянии около 10 метров или больше из-за нашей ионосферы, поэтому есть целая область Вселенной, которую мы просто не можем видеть», – отметил Саптарши Бандиопадхьяй, технолог по робототехнике из JPL и ведущий исследователь проекта LCRT. – Но предыдущие идеи создания радиоантенны на Луне были очень ресурсоемкими и сложными, поэтому мы были вынуждены придумать что-то другое».

Концептуальный радиотелескоп может быть построен из антенны из проволочной сетки внутри кратера.
Концептуальный радиотелескоп может быть построен из антенны из проволочной сетки внутри кратера. На этой иллюстрации видно, что приемник подвешен над тарелкой через систему кабелей, закрепленных на краю кратера.
Иллюстрация: Владимир Вустянский

Огромные радиотелескопы

Чтобы быть чувствительным к длинным радиоволнам, LCRT должен быть огромным. Идея состоит в том, чтобы создать антенну шириной более километра в кратере шириной более 2 3 км. Самые большие радиотелескопы с одной тарелкой на Земле – например, 500-метровый сферический телескоп с 500-метровой апертурой в Китае и ныне не работающий 305-метровый в Пуэрто-Рико – были построены внутри естественных чашеобразных впадин в ландшафте, чтобы обеспечить опорную структуру.

В радиотелескопах этого класса используются тысячи отражающих панелей, подвешенных внутри углубления, чтобы вся поверхность антенны отражала радиоволны. Затем приемник подвешивается через систему кабелей в точке фокусировки над тарелкой, закрепленной на башнях по периметру тарелки, для измерения радиоволн, отражающихся от изогнутой поверхности внизу. Но, несмотря на свой размер и сложность, даже FAST не чувствителен к длинам радиоволн, превышающим примерно 4,3 метра.

Лунная концепция

Вместе со своей командой инженеров, робототехников и ученых из JPL Бандьопадхай сократил этот класс радиотелескопов до его самой простой формы. Их концепция устраняет необходимость транспортировать чрезмерно тяжелые материалы на Луну и использует роботов для автоматизации процесса строительства. Вместо использования тысяч отражающих панелей для фокусировки входящих радиоволн, LCRT будет сделан из тонкой проволочной сетки в центре кратера. Один космический корабль доставит сетку, а отдельный посадочный модуль разместит марсоходы DuAxel, чтобы построить антенну в течение нескольких дней или недель.

DuAxel, роботизированная концепция, разрабатываемая в JPL , состоит из двух одноосных вездеходов (называемых Axel), которые могут отстыковываться друг от друга, но остаются связанными через трос. Одна половина будет выступать в качестве якоря на краю кратера, пока другая спускается вниз, чтобы построить здание.

«DuAxel решает многие проблемы, связанные с подвешиванием такой большой антенны внутри лунного кратера, – сказал Патрик Макгэри, также технолог по робототехнике в JPL и член команды проектов LCRT и DuAxel. – Отдельные вездеходы Axel могут въезжать в кратер на привязи, подключаться к проводам, прикладывать натяжение и поднимать провода, чтобы подвесить антенну».

Иллюстрация марсоходов DuAxel на Луне
Поверхность Луны покрыта кратерами, и одна из естественных впадин может служить опорой для антенны радиотелескопа. Как показано на этой иллюстрации, вездеходы DuAxel могут закрепить проволочную сетку на краю кратера.
Иллюстрация: Владимир Вустянский

Финансирование и проектирование

Чтобы команда могла вывести проект на новый уровень, они будут использовать финансирование NIAC Phase II для уточнения возможностей телескопа и различных подходов к миссии, одновременно выявляя проблемы на этом пути.

Одна из самых больших проблем команды на этом этапе – проектирование проволочной сетки. Чтобы сохранить свою параболическую форму и точное расстояние между проволоками, сетка должна быть прочной и гибкой, но при этом достаточно легкой для транспортировки. Сетка также должна выдерживать резкие перепады температур на поверхности Луны – от минус 173 до 127 градусов по Цельсию – без деформации и сбоев.

Еще одна проблема – определить, должны ли роверы DuAxel быть полностью автоматизированы или привлекать человека-оператора к процессу принятия решений. Можно ли дополнить конструкцию DuAxels другими строительными технологиями? Например, стрельба из гарпунов по лунной поверхности может лучше закрепить сетку LCRT, требуя меньше роботов.

Будущие проблемы

Кроме того, хотя обратная сторона Луны в настоящее время является «радио-тихой», это может измениться в будущем. Так, у китайского космического агентства в настоящее время есть миссия по исследованию обратной стороны Луны, и дальнейшее развитие лунной поверхности может повлиять на возможные проекты радиоастрономии.

В течение следующих двух лет команда LCRT будет работать над выявлением других проблем и вопросов. В случае успеха они могут быть выбраны для дальнейшего развития, итеративного процесса, который вдохновляет Бандиопадхьяй.

«Развитие этой концепции может привести к некоторым значительным прорывам на этом пути, особенно в отношении технологий развертывания и использования роботов для строительства гигантских структур за пределами Земли, – сказал он. Я горжусь тем, что работаю с этой разноплановой командой экспертов, которые вдохновляют мир на поиски грандиозных идей, которые могут сделать революционные открытия о вселенной, в которой мы живем».

NIAC финансируется Управлением космических технологий НАСА, которое отвечает за разработку новых сквозных технологий и возможностей, необходимых агентству.

Читайте обзоры:

-->